Colecciones

Matriz de cuadrícula de bolas, BGA

Matriz de cuadrícula de bolas, BGA

Ball Grid Array se ha vuelto cada vez más popular para los circuitos integrados SMD que requieren conexiones de alta densidad. Al utilizar la parte inferior del paquete IC en lugar de las conexiones alrededor del borde, esto permite reducir la densidad de conexión, lo que simplifica el diseño de la PCB.

El principal problema con el uso de paquetes SMD BGA IC es que el uso de la parte inferior del chip significa que no es posible el acceso directo a las conexiones, lo que dificulta la soldadura, desoldadura e inspección. Sin embargo, con los equipos de producción de PCB de línea principal, estos problemas son fáciles de superar y se puede mejorar la confiabilidad y el rendimiento generales.

Justificación del uso de BGA

Existe una justificación para la introducción y el uso de la matriz de rejilla de bolas, BGA es bastante sencillo ya que ha habido problemas con otras tecnologías. Los paquetes de estilo de paquete plano cuádruple convencional tenían pasadores muy delgados y muy poco espaciados. Esta configuración da lugar a una serie de dificultades.

  • Dañar: Los pines de los QFP son naturalmente muy delgados y su espaciado significa que su posición debe controlarse muy de cerca. Cualquier mal manejo puede llevarlos a ser desplazados y cuando esto sucede son casi imposibles de restaurar. Los circuitos integrados que utilizan un número elevado de pines tienden a ser muy caros, por lo que esto puede convertirse en un problema importante.
  • Densidad de pines: Desde el punto de vista del diseño, la densidad de los pines era tal que quitar las pistas del IC también resultó ser problemático, ya que podría haber congestión en algunas áreas.
  • Proceso de soldadura En vista del espaciado muy estrecho de los pines QFP, se requiere un control muy cuidadoso del proceso de soldadura, de lo contrario, los contactos pueden puentearse fácilmente.

El paquete BGA fue desarrollado para superar estos problemas y mejorar la confiabilidad de las uniones soldadas. Como resultado, el BGA se usa ampliamente y se han desarrollado procesos y equipos para superar los problemas con su uso.

Ball Grid Array BGA objetivos

El Ball Grid Array se desarrolló para proporcionar una serie de beneficios a los fabricantes de equipos y circuitos integrados, así como para proporcionar beneficios a los posibles usuarios del equipo. Algunos de los beneficios de BGA sobre otras tecnologías incluyen:

  • Uso eficiente del espacio de la placa de circuito impreso, lo que permite que las conexiones se realicen debajo del paquete SMD y no solo alrededor de su periferia
  • Mejoras en el rendimiento térmico y eléctrico. Los paquetes BGA pueden ofrecer planos de potencia y tierra para inductancias bajas y trazas de impedancia controladas para señales, además de poder desviar el calor a través de las almohadillas, etc.
  • Mejoras en los rendimientos de fabricación como resultado de la mejor soldadura. Los BGA permiten un amplio espacio entre las conexiones, así como un mejor nivel de soldabilidad.
  • Espesor de paquete reducido, lo cual es una gran ventaja cuando muchos conjuntos necesitan hacerse mucho más delgados, p. Ej. teléfonos móviles, etc.
  • Re-trabajabilidad mejorada como resultado de tamaños de almohadilla más grandes, etc.

Estas ventajas han significado que a pesar del escepticismo inicial sobre el paquete, proporciona algunas mejoras útiles en muchas circunstancias.

¿Qué es un paquete BGA?

El Ball Grid Array, BGA, utiliza un enfoque de las conexiones diferente al utilizado para las conexiones de montaje en superficie más convencionales. Otros paquetes, como el paquete plano cuádruple, QFP, utilizaron los lados del paquete para las conexiones. Esto significaba que había un espacio limitado para los pines que tenían que estar muy cerca y ser mucho más pequeños para proporcionar el nivel requerido de conectividad. Ball Grid Array, BGA, utiliza la parte inferior del paquete, donde hay un área considerable para las conexiones.

Los pines se colocan en un patrón de cuadrícula (de ahí el nombre Ball Grid Array) en la superficie inferior del portador de chips. Además, en lugar de tener pines para proporcionar la conectividad, se utilizan almohadillas con bolas de soldadura como método de conexión. En la placa de circuito impreso, PCB, en la que se instalará el dispositivo BGA, hay un juego de almohadillas de cobre a juego para proporcionar la conectividad requerida.

Aparte de la mejora en la conectividad, los BGA tienen otras ventajas. Ofrecen una menor resistencia térmica entre el chip de silicio en sí que los dispositivos de paquete plano cuádruple. Esto permite que el calor generado por el circuito integrado dentro del paquete sea conducido fuera del dispositivo hacia la PCB de manera más rápida y efectiva. De esta forma es posible que los dispositivos BGA generen más calor sin necesidad de medidas especiales de enfriamiento.

Además de esto, el hecho de que los conductores estén en la parte inferior del soporte del chip significa que los cables dentro del chip son más cortos. En consecuencia, los niveles de inductancia de cables no deseados son más bajos y, de esta manera, los dispositivos Ball Grid Array pueden ofrecer un nivel de rendimiento más alto que sus contrapartes QFP.

Tipos de paquetes BGA

Para cumplir con la variedad de requisitos para diferentes tipos de ensamblaje y equipo, se han desarrollado varias variantes de BGA.

  • MAPBGA - Matriz de cuadrícula de bolas de proceso de matriz moldeada: Este paquete BGA está destinado a dispositivos de bajo rendimiento a medio que requieren un embalaje con baja inductancia y facilidad de montaje en superficie. Proporciona una opción de bajo costo con un tamaño reducido y un alto nivel de confiabilidad.
  • PBGA - Matriz de rejilla de bolas de plástico: Este paquete BGA está diseñado para dispositivos de rendimiento medio a alto que requieren baja inductancia, facilidad de montaje en superficie, costo relativamente bajo y, al mismo tiempo, mantienen altos niveles de confiabilidad. Tiene algunas capas de cobre adicionales en el sustrato que permiten manejar mayores niveles de disipación de energía.
  • TEPBGA - Matriz de rejilla de bolas de plástico mejorada térmicamente: Este paquete proporciona niveles de disipación de calor mucho más altos. Utiliza planos de cobre gruesos en el sustrato para llevar el calor del troquel al tablero del cliente.
  • TBGA - Matriz de cuadrícula de bolas de cinta: Este paquete BGA es una solución de gama media a alta para aplicaciones que necesitan un alto rendimiento térmico sin un disipador de calor externo.
  • PoP - Paquete en paquete: Este paquete se puede utilizar en aplicaciones donde el espacio es muy importante. Permite apilar un paquete de memoria encima de un dispositivo base.
  • MicroBGA: Como su nombre indica, este tipo de paquete BGA es más pequeño que el paquete BGA estándar. Hay tres pasos que prevalecen en la industria: 0,65, 0,75 y 0,8 mm.

Montaje BGA

Cuando se introdujeron los BGA por primera vez, el ensamblaje de BGA era una de las principales preocupaciones. Con las almohadillas no accesibles de la manera normal, el ensamblaje de BGA alcanzaría los estándares que podrían alcanzar los paquetes SMT más tradicionales. De hecho, aunque la soldadura puede haber parecido un problema para un dispositivo Ball Grid Array, BGA, se encontró que los métodos de reflujo estándar eran muy adecuados para estos dispositivos y la confiabilidad de la unión era muy buena. Desde entonces, los métodos de ensamblaje de BGA han mejorado y, en general, se encuentra que la soldadura BGA es particularmente confiable.

En el proceso de soldadura, luego se calienta todo el conjunto. Las bolas de soldadura tienen una cantidad de soldadura muy cuidadosamente controlada, y cuando se calientan en el proceso de soldadura, la soldadura se derrite. La tensión superficial hace que la soldadura fundida mantenga el paquete en la alineación correcta con la placa de circuito, mientras que la soldadura se enfría y solidifica. La composición de la aleación de soldadura y la temperatura de soldadura se eligen cuidadosamente para que la soldadura no se derrita por completo, sino que permanezca semilíquida, lo que permite que cada bola permanezca separada de sus vecinas.

Como muchos productos ahora utilizan paquetes BGA como estándar, los métodos de ensamblaje BGA ahora están bien establecidos y la mayoría de los fabricantes pueden adaptarlos fácilmente. En consecuencia, no debería haber preocupaciones sobre el uso de dispositivos BGA en un diseño.

Ball Grid Array, BGA, inspección

Uno de los problemas con los dispositivos BGA es que no es posible ver las conexiones soldadas mediante métodos ópticos. Como resultado, hubo cierta sospecha sobre la tecnología cuando se introdujo por primera vez y muchos fabricantes realizaron pruebas para asegurarse de que podían soldar los dispositivos de manera satisfactoria. El principal problema con los dispositivos de soldadura Ball Grid Array es que se debe aplicar suficiente calor para garantizar que todas las bolas de la parrilla se derritan lo suficiente para que todas las juntas se hagan satisfactoriamente.

Las juntas no se pueden probar completamente comprobando el rendimiento eléctrico. Es posible que la unión no se haga adecuadamente y que con el tiempo falle. El único medio de inspección satisfactorio es utilizar la inspección por rayos X, ya que este medio de inspección puede mirar a través del dispositivo a la junta soldada que se encuentra debajo. Se encuentra que una vez que el perfil de calor para la máquina de soldadura está configurado correctamente, el los dispositivos se sueldan muy bien y se encuentran pocos problemas, lo que hace posible el ensamblaje de BGA para la mayoría de las aplicaciones.

Matriz de cuadrícula de bolas, reelaboración de BGA

Como era de esperar, no es fácil volver a trabajar las placas que contienen BGA a menos que se disponga del equipo adecuado. Si se sospecha que un BGA está defectuoso, entonces es posible quitar el dispositivo. Esto se logra calentando localmente el dispositivo para derretir la soldadura debajo de él.

En el proceso de retrabajo BGA, el calentamiento a menudo se logra en una estación de retrabajo especializada. Este consta de una plantilla equipada con calentador de infrarrojos, un termopar para controlar la temperatura y un dispositivo de vacío para levantar el paquete. Es necesario tener mucho cuidado para garantizar que solo se caliente y retire el BGA. Otros dispositivos cercanos deben verse afectados lo menos posible, de lo contrario, podrían dañarse.

Reparación de BGA / reballing BGA

Una vez retirado, el BGA se puede reemplazar por uno nuevo. Ocasionalmente, es posible restaurar o reparar un BGA que se ha eliminado. Esta reparación de BGA puede ser una propuesta atractiva si el chip es costoso y se sabe que funciona como un dispositivo una vez retirado. Realice una reparación de BGA, necesita reemplazar las bolas de soldadura en un proceso conocido como reballing. Esta reparación de BGA se puede realizar utilizando algunas de las pequeñas bolas de soldadura listas para usar que se fabrican y venden para este propósito.

Hay muchas organizaciones que se han creado con equipos especializados para llevar a cabo este reballing BGA.

La tecnología BGA, ball grid array, se ha consolidado. Aunque podría parecer que habría problemas con la falta de acceso a los contactos, se han encontrado métodos adecuados para superarlos. El diseño de PCB y la confiabilidad de la placa se han mejorado a medida que se reduce la densidad de pistas y pines, y además de esto, la soldadura se ha vuelto más confiable y se han refinado las técnicas de reflujo infrarrojo para permitir una soldadura confiable. De manera similar, la inspección de tableros que usan BGA puede usar inspección por rayos X, AXI, y además de esto, se han desarrollado técnicas de reelaboración. Como resultado, el uso de la tecnología BGA ha conducido a una mejora general en la calidad y confiabilidad.

Ver el vídeo: What is BALL GRID ARRAY? What does BALL GRID ARRAY mean? BALL GRID ARRAY meaning u0026 explanation (Octubre 2020).